www.nisan-elektronik.com
www.oxford-instruments.com
NMR CİHAZLARI HAKKINDA SIKÇA SORULAN SORULAR Soru-1 Ben hiç NMR cihazı görmedim ve kullanmadım, NMR spektroskopisi nedir ve ne işe yarar? Cevap NMR kısaltması Nükleer Manyetik Rezonans kelimelerinden oluşan ve bu spektroskopi tekniğine verilen isimdir. En basit anlatımı ile NMR; analiz edilen numunenin içindeki hidrojen atomunun çekirdeğindeki protonlar bir radyo frekans kaynağından gelen bir belirli frekanstaki bir elektromanyetik bir enerjiye maruz kaldıklarında manyetik sahanın gücüne bağlı olarak bu enerjiyi absorplaması olayıdır. Analiz edilen maddeye ait moleküllerin bu maddenin üzerine radyo frekans formunda gelen manyetik sahadan etkilenmesi; bu moleküllerin içindeki atomların çekirdeklerinin pozisyonlarına göre olmakta ve dolayısı ile gelen enerjiyi absorplama frekansı da bu durumdan etkilenmektedir. Frekans farklılaşmasına bağlı olarak ortaya çıkan sinyal maddenin yapısına ait NMR spektrumunu vermektedir. Moleküler yapıdaki ve/veya numunenin bileşimindeki değişimler üzerinden elde edilen spektroskopik sinyal profili olan NMR spektrumu üzerindeki değişiklikler görüntülenmekte ve böylece proses özelliklerinin ayarlanabilmesindeki ilişki sağlanabilmektedir. Analiz edilen maddenin moleküler yapısının bu özgünlükte gözlenebilmesi NMR spektroskopisini proses kontrol üzerinde eşsiz bir teknik haline getirmektedir. Soru-2 NMR yeni bir teknik midir? Cevap Hayır, NMR spektrometreler uzun yıllardan beri laboratuvarlarda başlıca analitik metod olarak kullanılmaktadır. Yüksek ayrım gücündeki on-line NMR cihazları 1995 yılından beri real-time proses uygulamalarında kullanılmaktadır. NMR spektrometreleri, günümüzdeki teknolojik gelişmeler sayesinde akademik araştırma, sağlık gibi temel alanların yanısıra bilhass, petrol, petro-kimya, gıda-içecek, ilaçeczacılık ve diğer bir çok endüstriyel alanda çok farklı uygulamalarda kullanılmaktadır. Soru-3 NMR tekniğinde neden “nükleer” terimi kullanılmaktadır? Cevap NMR tekniğinde kullanılan “nükleer” terimi ile bu terimin anlamı demek olan atom çekirdeklerinin manyetik momentlerinin gözlemlendiği belirtilmektedir. Atom çekirdeklerinin kendi etraflarında yapmış oldukları dönüş hareketi nedeniyle, analiz; çift kutuplu olarak oluşturulan küçük bir manyetik alanda nükleer seviyede ya da bu terimin diğer şekli ile söylenecek olursa atom çekirdekleri üzerinden yapılmaktadır. NMR deneyleri maddenin üzerine yüklenen manyetik saha içinde atom çekirdeklerinin nükleer manyetik moment değişiminin sönümlenmesini içermektedir. NMR cihazları hidrojen, flor ve fosfor atomlarının özgün çekirdek hareketlerine uyumlu olabilmektedir. Dolayısı ile aynı manyetik sahada farklı atomlara ait çekirdeklerden farklı frekanslarda spektral veri alınabilmektedir.
Soru-4 MRI (Manyetik Rezonans Görüntüleme) olarak tabir edilen ile NMR (Nükleer Manyetik Rezonans) farkı nedir? Cevap NMR tekniğinde madde üzerinden alınan sinyal spektral bir görüntüye çevrilmektedir, oysa ki, MRI tekniğinde ise; alınan sinyal maddenin yoğunluk dağılımını veren bir görüntüdür. NMR tekniğinde, analiz; belirli protonların yoğunluk değişiminin homojen bir manyetik alanda verdiği spektral görüntülerinin analitik olarak elde edilmesine dayanmaktadır. MRI tekniğinde, analiz; maddenin üzerine dereceli bir değişimle yüklenen manyetik alanın verdiği spektral değişimlerin o protona ait yapının uzaysal konumu ile ilişkilendirilmesine dayanmaktadır. Soru-5 Yüksek ve düşük rezolüsyonlu NMR sistemleri arasında ne fark vardır? Cevap Yüksek rezolüsyonlu NMR sistemleri daha ziyade araştırma maksatlı olup maddenin özellikleri hakkında çok daha detaylı bilgi verebilmektedirler. Soru-6 NMR cihazlarının gıda analizi alanındaki uygulamaları nelerdir, tipik örnekler verebilir misiniz? Cevap Laboratuvar banko üstü NMR cihazlarının gıda alanındaki uygulamalarına ait tipik örneklerin bir kısmı aşağıda verilmiştir. Başta ayçiçeği,soya fasulyesi, keten tohumu, yer fıstığı gibi nebatlarda yağ ve nem tayinlerinde, Ham zeytinin içediği yağ miktarı tayinlerinde, Zeytinyağının içerisindeki su damlacıklarının boyut dağılımı ve düşük seviyeli yağ yaygınlığı tayinlerinde Çikolata içerisindeki toplam yağ miktarı tayinlerinde, Yenilebilir yağ ve yağlı maddelerin içerdiği katı yağ tayinlerinde, Margarin içerisindeki su damlacıklarının boyut dağılımı ve düşük seviyeli yağ yaygınlığı tayinlerinde, Peynirlerdeki yağ ve su tayinlerinde, Süt tozlarındaki yağ su tayinlerinde, Kurutulmuş tozların çözünme hızı tayinlerinde, Nişasta, un, şeker, pasta ve ekmek içerisindeki su tayinlerinde, Dondurmaya veya eritmeye yönelik rutin ve inceleme çalışmalarında, Bağlı su ve hidrasyon araştırmalarında, Çiğ kahvenin içerdiği yağ tayinlerinde, Şeker pancarı ve glikoz gibi şekerli maddelerdeki su tayinlerinde, Et ürünlerindeki ve etlerin içerdiği yağlardaki su tayinlerinde, Bisküvilerdeki yağ tayinlerinde, Tütün mamullerinin içerdiği su tayinlerinde, Hayvan yemlerindeki yağ ve su tayinlerinde, Sıvıların viskozite tayinlerinde, Faz geçişleri ve kristalizasyon izlemelerinde, ve geniş aralık emülsiyon incelemelerinde, Soru-7 NMR cihazlarının endüstriyel analiz alanlardaki uygulamaları nelerdir, tipik örnekler verebilir misiniz? Cevap Laboratuvar banko üstü NMR cihazlarının endüstriyel alanlardaki uygulamalarına ait tipik örneklerin bir kısmı aşağıda verilmiştir. Taş nüvelerinin poroz yüzeylerinin incelemelerinde, Polietilen/polipropilen gibi maddelerin yoğunluk tayinlerinde, Sentetik elyaf çekiminde elyaf damarları üzerinde toplanan yağ tayinlerinde, Uçak yakıtlarının, kerosenin, fuel-oil’in ve motorinin içerdiği hidrojen tayinlerinde, Parafinlerin, balmumlarının ve emülsiyonların içerdiği yağ tayinlerinde, Poliamidlerdeki elostomer ve polietilen tayinlerinde,
Polimerizasyon derecelerinin izlenmesinde, PVC’lerin içerdiği plastikleştiricilerin tayinlerinde, Plasterlerdeki ve alçılardaki kristalleşme suyu ve serbest su tayinlerinde, Diş macunlarının içerdiği Florid tayinlerinde, Teflon, HF, CaF2 ve benzeri maddelerin içerdiği Florid tayinlerinde, Difüzyon izlenmesi çalışmalarında ve 2- ve 3- Boyutlu görüntü çalışmalarında Soru-8 SFC analizi ne demektir? Cevap NMR Spektrometreleri yapılan ve diğer bir deyişle “Katı Yağ Doygunluğu” şeklinde de söylenebilecek SFC (Solid Fat Content) yani Katı Yağ Miktarı ölçümlerinde, analizi yapılan yağ örnekleri içerisindeki katı ve sıvı fazlar arasındaki fiziksel farklılaşma temelindeki proton spektroskopisinden yararlanılmakta, maddenin moleküler dağılım özelliği kullanılarak gradyan artışlı pals manyetik alan yöntemine dayandırılmış Nükleer Manyetik Rezonans ölçüm tekniği ile okunan maddeye ait spektral temsil gerçekleştirilmektedir. Soru-9 SFC analizlerinde kullanılan metotlar nelerdir Cevap NMR Spektrometreler ile yapılan SFC tayinleri için kullanılan Endirekt ve Direkt Metot şeklinde iki temel metot vardır. ENDİREKT METOT ayarlanabilir herhangi bir frekans seçimi ile darbeli (pulsed) veya devamlı dalga (CW) özelliğindeki herhangi bir NMR Spektrometresi ile de yapılabilmektedir. Ancak, bu metot analiz edilen maddenin sadece sıvı kısmı üzerinden yürütülebildiği için cihazın kalibrasyonu ancak tamamı ile erimiş örnek üzerinden alınan referans sinyali ile mümkün olabilmektedir. İşte bu kritik durumdan dolayı; güvenilir ve kararlı NMR sonuçları elde edebilmek bakımından örnek tartımı çok önemli bir şarttır. Ayrıca sıcaklık parametresi de endirekt NMR tekniğini önemli ölçüde etkilemektedir. Dolayısı ile ; bu tekniği kullanan kişiler tarafından örnek tüplerinin doldurulması çok hassas ve doğru bir biçimde yapılamadığı takdirde, ki burada en basit misal olarak tüp cidarlarındaki madde bulaşıklıklarının örnek miktarında meydana getireceği değişim ile sinyal üzerinde hatalı sonuçlara yol açabilmesinden bahsedebiliriz. Dolayısı ile; endirekt metot için gerekli olan bir çok karmaşık işlem nedeniyle bu metot oldukça komplikedir. Ayrıca; bu tip NMR spektrometreler zaten çok pahallı olduklarından dolayı da SFC analizleri içinde oldukça lükstürler. DİREKT METOT Yukarıda da önemle vurgulandığı üzere Oxford MQC serisi NMR Spektrometreleri ile SFC ölçümleri; analizi yapılan yağ örnekleri içerisindeki katı ve sıvı fazlar arasındaki fiziksel farklılaşmaya dayandırılmaktadır. Bu analizlerin yürütülüşünde; ham maddelerin erime noktaları bağlamında bu metotların uygulanmalarındaki elverişlilik, hız faktörü ve analiz süreleri öne çıkan temel şartlardır. Aynı madde içerisindeki katı ve sıvı fazlar üzerinden yürütülebilir olması bu metodun en büyük avantajıdır. Bu metot ile analiz edilen örneklerin içerisindeki sıvı ve katı bileşenlerin arasındaki oranlar doğrudan hesaplanabilmektedir. Soru-10 Endirek metot mu, yoksa direk metot mu, hangi metot avantajlıdır Cevap Direkt Metot t; örnek içerisindeki hem katı hem de sıvı fazlar üzerinde doğrudan ölçme şeklinde yürüyen bir tekniktir. Bu metot, madde içerisindeki katı/sıvı oranının tespiti temelinde hesaplama yapan bir metot olduğu için örneklerin çok hassas bir şekilde tartımları, NMR tüplerine çok temiz bir şekilde konulması ve dahi örnek sıcaklıklarının çok dikkatli bir şekilde korunması gibi şartların çok hassas olarak aranmadığı bir tekniktir. İşte bu yüzden dolayıdır ki ; SFC tayinleri için kullanılan direkt metot en elverişli metottur.
Soru-11 NMR ve sokselet yöntemlerinin dışında SFC ölçümü yapılabilen başka enstrümantel analiz yöntemleri var mıdır? Cevap Geleneksel olarak kullanılan Dilatometrik sistemler vardır. Ancak SFC ölçümünde geleneksel olarak kullanılan Dilatometrik sistemler ise günümüz koşullarında artık oldukça yavaş, hatalı sonuç veren hantal sistemler olarak değerlendirilmektedir. Soru -12 Biz yıllardan beri sokselet düzeneği ile analiz yapmaktayız sonuçları çok hassas olmamasına rağmen güveniyoruz. Ayrıca, bu konuda sizler de çok iyi bilirsiniz ki hem alışkanlıkları değiştirmek oldukça zordur, hem de uluslararası ve Türkiye’de geçerliliği olan standartları var. Bu bağlamda NMR cihazı ile alakalı olarak aşağıda belirtilen konularda bizi aydınlatırsanız seviniriz. a. Uluslar arası ve Türk standardında bu cihaz geçerli mi? Belgeleri var mı? b. Üretim izin belgeleri sertifikaları vs. mevcut mu? Cevap a. NMR cihazları hem AB standartlarına hem de TSE’nin üye olduğu uluslar arası standart organizasyonlarının üyesi olan İngiliz standartlarına (BS) uygundur. Dolayısı ile analitik metot bakımından TSE içinde aşağıdaki metotlar otomatik olarak kabul edilmiş metotlardır. A) Avrupa Birliğinin (AB) Yürürlükteki Metotları; - EN ISO 8292 Animal and Vegetable Fats and Oils - Determination of Solid Fat Content - Pulsed Nuclear Magnetic Resonance Method - NMR - IUPAC 2.150, Solid FAT content according to International Union on Pure and Applied Chemistry, Pulsed Nuclear Magnetic Resonance Method - NMR B) Amerikan Yağ Kimyagerleri Birliğinin (AOCS - American Oil Chemistry Society) Yürürlükteki Metotları; - AOCS Offical Metot Cd-16b-93 Solid Fat Content (SFC) by Low–Resolution NMR Spectroscopy - revised in 2000, Direct Method - AOCS Offical Metot Cd-16-81 Solid Fat Content (SFC) by NMR Spectroscopy revised in 2000, Indirect Method b. Üretim izin belge, standart ve direktifleri aşağıda gösterilmiştir. NMR cihazlarının CE kapsamında uygun olduğu direktifler aşağıdadır. - Güvenlik hususlarında 73/23 EEC Düşük Voltaj Direktifleri ve değişiklikleri, - Zorunlu Koruma Gereksinimleri 89/336/EEC Elektromanyetik Uyumluluk Direktifleri ve değişiklikleri. NMR cihazları aşağdaki normlar kapsamındaki teknik özelliklere uygun olarak tasarlanıp üretilmektedir. - BS EN61010-1:2001 Ölçüm, kontrol ve laboratuvar kullanım amaçlı elektrikli cihazlar için Güvenlik Gereksinimleri - BS EN61326-1:1998 Ölçüm, kontrol ve laboratuvar kullanım amaçlı elektrikli cihazlar için EMC gereksinimleri. Soru-13 Sokselet cihazlarına alışkın olduğumuz için kalibrasyon işlemleri de bize kolay geliyor. Metod karmaşık değil ve yaygın bir yöntem. Bu bağlamda NMR cihazı ile alakalı olarak aşağıda belirtilen konularda bizi aydınlatırsanız seviniriz. a. Cihazın kendi kalibrasyonu yapılabilir mi ve neye göre yapılıyor? b. İlk kullanmaya başlarken yüzlerce veri girmeye gerek var mı? c. NMR cihazı kurulduğu anda hemen kullanılabilir mi? Cevap a. Bilgisayar kullanabilen herkes tarafından çok rahat kullanılabilecek cihazın analizör kısmında işlem yapmak hassas elektronik terazi cihazı kadar basittir. Analitik ölçüm kalibrasyonu çok basittir. Kalibrasyon için kullanıcının referans kabul edebileceği yenilebilir yağlar kullanılabilmektedir. Özel ve pahalı kalibrasyon maddeleri kullanılmamaktadır. b. Yedek programların yanı sıra cihazdaki bilgisayarda koşan Window İşletim Sistemi ve Analitik programlar fabrikada yüklenmiş ve test edilmiş olarak gönderilmektedir. Cihazı ilk kullanmaya başlarken her hangi bir veri yüklemesine ihtiyaç yoktur.
c. NMR cihazı kurulduğu anda hemen kullanılabilmektedir. Soru-14 Hangi enstrümantel analiz teknikleri NMR ile yarışmaktadır Cevap Near Infrared, Mid-IR, Raman, Gaz Kromatografi, Kaynama ve Parlama Noktası vb gibi farklı disiplinlerdeki analitik sistemler ile ancak rölatif olarak aynı kulvarda olabildiği durumlar vardır. Soru-15 NMR cihazları neden gelişmiş proses kontrol (Advanced Process Control – APC) için uygundur? Cevap Gelişmiş proses kontrol, proses akışına ait kalite bilgilerini kullanarak en basit çoklu değişken kontrolundan itibaren belli modellere dayalı kestirimci kontroller ve on-line olarak modellenebilen en hassas teknolojilerden yararlanabilmektir. İşte bu noktada, NMR analizörlerin ölçüm sonuçlarındaki hassasiyet ve tekrarlanabilirli bakımından verdiği güvenirlik bu cihazların üstünlüğünü ortaya çıkarmaktadır. Çünkü NMR analizörleri çok geniş bir yelpazedeki madde bileşimlerinin kalite ölçümleri için gerekli olabilecek çok parametreli bir çok cihaz yerine kullanılabilen yegâne cihazdır Soru-16 NMR teknolojisini rakipsiz kılan özellikler nelerdir? Cevap NMR teknolojisinde analiz edilen örnekler aşağıda gösterilen hususlardan dolayı çok büyük bir ölçüm esnekliği içinde analiz edilebilmektedirler. a. Herhangi bir fiziksel veya kimyasal ön işlemden geçerilerek her hangi bir şekilde başkalaştırılmazlar, b. Analiz edilen maddelerin UV-VIS veya FT-IR spektroskopilerinde istendiği gibi optik geçirgen olması gerekmemektedir. Bulanık ya da hiç ışık geçirmeyen maddeler de analiz edilebilmektedir. c. Analizler çok kısa sürelerde hassas bir şekilde yapılabilmektedir. Soru-17 NMR spektroskopisi ile maddenin özelliklerini doğrudan doğruya mı ölçülmektedir, yoksa bir korelasyon üzerinden mi gidilmektedir? Cevap Tıpkı diğer spektroskopik tekniklerde olduğu gibi (örneğin FT-IR) NMR spektroskopisinde de korelasyon kullanılmaktadır. Ancak, bununla birlikte kesin ölçümler maddenin özelliklerinin spektral özelliklerini doğrudan veren ölçümler üzerinden yapılmaktadır. Soru-18 Minimum dedeksiyon seviyesi nedir? Cevap Ölçülen maddeye ait konsantrasyon seviyesinin binde birine kadar inebilmektedir. Soru-19 NMR için bilinen ölçüm limitleri nedir? Cevap Ortak özellikteki kimyasal gruplar için rahat çalışma aralığı 1000 ppm konsantrasyonlardır. Soru-20 NMR cihazı ile yapılan ölçümlerde maddenin renk farklılığı etkili olur mu? Cevap Hayır, analiz edilen maddenin renk farklılığı NMR ölçümlerini etkilemez. Soru-21 NMR cihazının montajı nasıl bir mekân gereklidir? Cevap NMR cihazı için özel bir laboratuvar mekânına ihtiyaç yoktur. İç tesisat yönetmeliğine uygun elektrik tesisatı ve nem, sıcaklık, toz, hava akımları, titreşim vb bakımından normal laboratuvar koşulları yeterlidir.
Soru-22 NMR cihazları sağlık bakımından bir tehlike arz ederler mi? Cevap Hayır, NMR cihazlarının herhangi bir sağlık tehlikesi yoktur. Soru-23 Kalp pili taşıyan kişilerde mi NMR cihazı çalışırken meydana gelen elektro-manyetik sahadan etkilenmezler? Cevap Hayır, çünkü elektro-manyetik saha şiddeti o kadar zayıftır ki kalp pili taşıyan kişiler bundan etkilenmezler. Soru-24 NMR cihazı devrede iken laboratuvardaki yanıcı ve patlayıcı bir cihazın üzerine ve içine doğru gitmesi durumunda ne olur? Cevap Böyle bir tehlike sadece NMR cihazı için değil, laboratuvardaki diğer bütün elektrikli alet ve elektronik cihazlar bakımından da bir tehlikedir. Dolayısı ile, böyle bir genel tehlikenin önüne geçmek için laboratuvarda mutlaka bir gaz kaçağı alarm sisteminin olması gereklidir. Soru-25 NMR sistemlerinin yatırımdaki maliyet-etki değerlendirmesi nasıl ifade edilebilir? Cevap Diğer laboratuvar cihazları ile mukayese edildiğinde NMR cihazlarının gelişmiş proses kontrol uygun ve yatırımın geriye dönüşünde (Return of Investment- RoI) en iyi sistemler olduğu görülmektedir. Kompleks prosesler, analiz başına düşük enerji maliyetleri, ön işlemsiz doğrudan madde üzerinden okuma yapabilme gibi avantajlar NMR cihazlarını RoI bakımından avantajlı hale getirmektedir. NMR cihazları uygulama bakımından optimize edilebilen sistemlerdir. Yukarıdaki iki avantaj bakımından ayrıca ifade edilecek olursa, NMR cihazları sadece ürün ve analiz listeleri ile değil çözüm kapsamları bakımından üstün sistemlerdir.
